混合気体体積比　意味

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質問者：manten_10
質問日時：2013/01/01 14:27
回答数：3件

高校の化学について質問です。

問題の中に「窒素と酸素の体積比が3：2である混合気体を20℃、1.0×(10)5Paで1.0Lの水と接触させた」（ (10)5は10の５乗だと思ってください；）という文がありました。この「体積比」は、混ぜる前の、圧力と温度が等しい状態の窒素と酸素の体積比ということですか？
ちなみに容器に入っているというようなことは書かれていませんでした。

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回答 (3件)

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No.3ベストアンサー

回答者： MarcoRossiItaly
回答日時：2013/01/01 23:57

質問者さんや No.1さんのおっしゃるとおり、問題文の表現は、2 つのガスが等温・等圧であることを前提としています。

もっと言ってしまうと、常温（室温）・常圧（大気圧）を想定していると受け取ってもいいです。

化学は、数学や物理学ほどには厳密さにこだわらない部分があって、こうした表現もその一つだと思います。

こだわらないとは言っても、単にいい加減という意味では必ずしもなくて、数学や物理学と比べれば、もっと実地の経験、現実の化学的な操作をイメージしているからだと受け止めることもできるでしょう。

つまり、どんな実験にせよ、まずは常温・常圧で行おうと考える。人間が普段暮らしている環境で錬金術を行うには、そういう条件のほうが簡単だから。温度や圧力が試験の対象項目だったり、反応性など実験上の重要な条件に関係するようなら、その場合には特殊な条件での操作方法を考える。そういうことです。

そもそも、「体積比」という表現がありますが、ガスというのはボイル・シャルルの法則により温度と圧力が定まらないと体積が決定できないということは、誰でも知っていること。にもかかわらず、あえて「体積比」という言葉を存在させているのは、イチイチ断らなくても等温・等圧ということで話を進めたい、モル比でガスのことを言うよりは、モル数と比例関係のある体積というもののほうが目に見えるのだから、その比でガスを取り扱いたいという気持ちの表れです。そのほうが、シリンダーの目盛りを読み取るだけで済みますよね？

なお、お分かりかと思いますが、混合前は 3:2 の体積比であったとしても、混合後、両気体の体積は等しくなります。当然ですね。混合の前後で、共に室温・大気圧の条件のまま変わらないのだとすれば、どちらの気体も 3 + 2 = 5 という体積の、同じ空間を占めるはずです（反応する物質の組み合わせの場合は話が別）。しかし圧力は、両者の合計（全圧）では大気圧に等しくなりますが、分圧では大気圧の 3/5 と 2/5 になるわけです。そうでなければ、体積が 5/3 倍と 5/2 倍になったことと釣り合わず、各物質について見たときのボイルの法則に違反してしまいます。

混合前は体積が 3:2 で圧力が等しかったのですが、混合後は体積が等しく分圧が 3:2 になるということです。